机械系统设计论文范文精选

1可变功能机械系统概念设计模型

可变功能机械系统由不同的分功能组成，且功能间会发生耦合。笔者基于FBS概念设计模型对可变功能机械系统进行研究，先将各分功能独立，分别建立自顶向下的设计模型，即先对功能进行分解，由功能-行为映射求解得到相应的行为层级结构，分析相应的行为模型，得出映射层结构方案。可变功能机械的FBS模型详解如图1所示。在研究可变功能机械系统时，本研究将分功能到行为和行为到结构的映射并行研究，功能总和代表了各分功能不同模型的集合，系统实现其中一个功能时，另一个分功能处于待用模式，为加以区分，用功能符号“F”+“i”（数字）代表分功能序号，用“or”（或者）连接各分功能。之后本研究建立分功能的层级结构及相应的功能分解模型、行为过程层级结构及其行为过程模型，最后进行映射求解。这种并列的设计过程存在交集，即这些分功能间具有耦合性，系统的功能分解有部分相似，例如当农用拖车的连接器连接不同的耕作设备可以完成不同的生产功能，施肥机可以进行移动施肥，洒水机完成浇灌工作等，系统的动力功能和传动功能并未发生改变，改变的仅是执行端的功能。本研究将相似的功能结构和行为结构以及方案层的具体实施构件组合用虚线连接，代表它们之间存在的特殊联系。为具体表达该设计过程中的模型联系，基于经典相似理论中对序结构的定义，本研究将系统要素按一定组成规律、一定顺序出现的序列结构称为序结构，序结构与系统有着紧密的联系。根据可变功能机械系统概念设计层次，笔者对序结构进行特征分析，分为功能序结构、行为序结构以及方案序结构。由于篇幅原因，本研究仅对功能分解和行为结构的序结构表达进行描述，并构建相似模型。

2相似模型构建

2.1功能序结构和行为序结构模型相似包括功能相似以及行为相似，功能具有相同的效果不代表行为也具有相似性。研究系统相似度时需要衡量功能相似度和行为相似度不同的权重值，建立相似模型，从系统的角度将不同的功能及其行为映射用序结构表达出来，用系统要素的方式进行模型构建。功能是表达系统特性最抽象的方式，功能的表达需满足：（1）能根据给定要求表示设计者的意图；（2）能准确描述满足设计要求的设计对象；（3）能被定性或者定量地评价，并可以测定设计意图的满意度。功能的系统要素为能量、物质和信息，每个功能要素都有其输入和输出，因此可以运用“输入流-输出流”的方法进行功能描述。功能要素在时间和空间上有一定的顺序，即功能序。本研究将功能序的关系进行分类，分别有组成关系、时序关系和因果关系如图2、图3所示。时序关系又有顺序关系，并存关系。功能序是功能序结构的基础组成。在概念设计模型中，功能是一个模糊而粗糙的概念，而行为相对而言更为具体，能激发设计者的灵感，引导设计者保证三大流（即物质、能量、信息）的有序流动，不违背自然规律。行为的系统要素包括运动学要素、力学要素和能量要素。结合目前行为结构的表达方法，本研究统一用“输入流-输出流”的方式表达行为序结构。行为可以分为基本行为和组合行为。基本行为对应基本结构，较为简单；组合行为由基本行为构成，包括运动转换行为、执行行为、检测行为、控制行为等，这些基本行为通过一定的顺序连接起来形成组合行为。行为序就是指这些基本行为和组合行为间的连接，行为序结构则表达了行为序间的连接关系。行为序结构分类如图4所示。行为序的关系有以下几种：①串联顺序关系；②并联同时关系；③选择发生关系。

2.2基于序结构的相似模型构建由相似第一定律即序结构定律可知，不同类型、不同层次系统存在一定的序结构，当系统序结构存在共同性时，系统之间出现相似特性，相似性大小随序结构的共同性程度增大而上升，反之则下降。上节已将可变功能机械系统概念设计中的功能层和行为层用序结构进行表达来探索功能和行为的相似性，本节在此基础之上运用数学建模对相似度进行计算。可变功能机械系统具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行为能通过改变一些系统组成就能形成新的功能系统，若是没有相似性即相似度为零，那么整个分功能系统就转变成了多功能的单个系统的集合，不在本研究的研究范围之内。本研究将系统或者系统的一部分进行序结构构建和分析之后，为每个序进行编码，用eik表示序要素的集合，要素包含属性和特征值，属性由所属功能或者行为的输入输出流决定，i是分功能编号，k是序的编号。相似序的概念是将分功能序结构的要素和特征联系形成两两组合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的个数和相似序对相似的影响权重所决定，相似度以q表示，相似序个数决定的相似度为q1，影响权重决定的相似度。权重的分配也是相似度量的重要环节之一，主要包括主观权重分配方法和客观权重分配方法。相似序模型分析之后根据经典相似理论进行数学建模，系统的总相似度由功能、行为和结构的相似度综合得出。本研究根据所建立的序结构进行系统知识表达，计算可变功能间的相似性，设机械系统共有两个可变分功能，特征参数取自输入输出流的类型和数值，如功能的能量类型和所代表的数值等，对整个系统进行相似模型构建，并计算相应的相似度数值。相似求解模型如图5所示。建模的一般步骤可表述如下：（1）分别对分功能系统进行层次划分，建立基于功能或者行为结构的模型。可用输入流输出流的方式按2.1节所述分别建立分功能的具体模型，对应的序结构统计如表1所示。

3实例分析

笔者选取典型的可变功能机械系统进行研究，选取如图6所示的机床作为研究对象，通过更换不同的刀具执行机构可以获得钻孔，扩孔和铰孔3个不同的功能。可以看出，这是一种通过改变系统执行机构达到改变功能的情况。本研究按上文所述的步骤进行分析，首先由系统的可变功能得到功能的序结构模型，所建立的模型如图7所示。表3所示机床的可变功能由更换执行机构来实现，在系统层面上达到了改变功能的要求。本研究按上文所述，根据所建立的序结构模型，通过分析相似要素应用公式（1~3）得到系统功能级的相似度数值。

4结束语

摘要:机电一体化的机械系统主要一般包括电力系统、机械系统、液压系统、电子系统和光学技术等系统，是通过计算机技术的协调和控制，并由传动机构、执行机构和电动机控制等多个电子系统完成相应的机械运动，以此达到系统功能及任务完成的目标。本文通过相关的工作经验和资料研究，对机电一体化机械系统的设计和研究进行了一定的论述。

关键词:机电一体化;机械系统;工作经验;研究资料

机电一体化机械系统通过运用计算机技术，由计算机系统进行协调及控制，从而完成运动、能量流和机械力等各项动力学相关的任务，同时其各个机电部件相互联系、相互配合和相互协调，组成完整的系统结构。基于该系统结构的程序性和任务性，在机电一体化机械系统的设计与研究上应该站在“系统”的相关角度，以便进行有效科学的安排设计。

1机电一体化机械系统的设计要求

1．1保证较高的精确性

机电相关产品的精确程度直接关系着系统整体的质量和效益，机电一体化机械的技术性能、工艺水平及功能都要求选择优质产品，也就是说，机电一体化产品的首要标准和要求便是高精确度。

1．2反应性能要强

机电系统具有良好的反应性能，即在系统接受某一指令后，能够较短时间内对该指令进行任务的执行，从而保证系统能够更加精确地完成任务。另外根据系统的运行状况，做好准确、及时获得相应指令的控制，能够增加任务完成和执行的准确性。

1现代机械设计的特点

现代机械种类繁多，其结构形式千差万别，结构的复杂性也在逐渐增大。机械系统在功能上划分，可以分为传动系统、动力系统、操纵系统、执行系统、控制系统等，而每一个系统又可以根据需求的不同来细化为更小的子系统。与传统机械设计不同的是，现代机械设计在设计过程中不仅要对机械工作的原理、运动方式、能量传递方式等各个方面进行计算、分析、构思，同时还必须要在进行设计的过程中运用仿生学、控制论、美学、价值工程等多种科学知识，将这些看似与机械无关的科学知识，运用在机械设计中，从而使得机械在市场中获得更好的竞争力。

2计算机辅助机械设计方法

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称CAD）技术是电子信息技术的一个重要组成部分。因其具有计算机高速运算和快速绘图的强大功能而被广泛应用到工程设计及产品设计服务中，从根本上改变了传统的手工设计绘图方式，让设计人员从绘图板、绘图铅笔、丁字尺这些传统的设计工具中解脱出来，不仅降低了劳动强度，更是极大地提高了产品开发的速度和精度，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。计算机具有运算快、计算精度高、有记忆、逻辑判断、图形显示以及绘图等功能，而人们则具有丰富的经验、无穷的智慧和非凡的创造力，两者相结合，有效地提高设计质量，缩短设计周期，极大地创造社会效益和经济效益，推动社会文明的进步。CAD系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是计算机辅助设计技术的物质基础；软件系统作为计算机辅助设计技术的核心，决定了系统所具有的功能。软件分为系统软件、支撑软件和应用软件。系统软件处于整个软件的核心内层，它的作用是对计算机资源进行自动管理和控制，主要包括操作系统和数据通信系统等。支撑软件又称为软件开发工具，是一种软件工具系统，它的作用是帮助人们高效率开发应用软件。应用软件是用于解决各种实际问题的程序，它是用户利用计算机以及它所提供的各种系统软件和支撑软件自行编制的。计算机辅助机械设计首先要建立数学模型，虽然对于一般的机械零件有现成的数学模型可以使用，但对于没有数学模型的就需要建立正确的数学模型，这是成功进行设计的第一步；接下来，根据手工计算的步骤设计程序框图；然后根据程序框图用高级语言编制程序；最后进入程序调试环节，程序编好后，要对源程序及程序适用范围的边界、转折点进行试算，试算与手算结果要完全吻合。

3系统化机械设计方法

现代化机械设计正在向智能化、柔性化、系统化、信息化发展，而不再是把实现机械某一个单一的功能来作为设计的目标。从系统的角度为着眼点，机械系统设计过程中，为了让机械产品能够创造更高的经济效益和社会效益，必须要在产品制造技术、功能、性能等方面，充分利用先进的技术，让产品的结构产生质的飞跃。在对传统机械设备改造的过程中，系统化设计和控制技术的应用成为了不可或缺的重要因素。人们对于机械产品的功能的需求随着科学技术的飞速发展日益增多，这就导致了机械构造变得越来越复杂，产品寿命期逐渐缩短，机械产品更替的频率逐渐加快。尽管如此，机械产品实际上所展现出的功能仍然无法满足现代社会的需要。现在，计算机辅助设计已经广泛应用于整个产品设计的过程中，从最初的设计计算，到设计绘图，再到生产规划和加工制造，计算机辅助设计都充分表现了独特的优势并且成果喜人。然而，对于产品开发初期方案的设计，计算机辅助设计还是有着不足，不能完全满足设计的预期需求。如何让整个机械设计更加系统化，设计过程更有规律性，从而更好的应用计算机辅助设计，这是必须要考虑的问题。于是，系统化设计法应运而生，采用这种设计方法，可以将设计任务由抽象到具体，由浅入深进行层次的划分，然后对每一层次的既定目标和所采取的方法进行规划。系统化设计法的优势在于，每一个设计都是相对独立却又保持着有机的联系，这些个设计结合在一起，就构成了完整的机械系统设计。为使设计工作科学有效的进行，在机械系统过程中，首先要把一机械系统分解为若干个子系统，各个子系统相对比较简单，相互之间存在着联系，各子系统还可再分解为更小的子系统，以此类推，直至可以满足设计和分析的需要。系统分解时需要注意：首先要把握好分解数和层次。分解数太少和太多都不可以，太少则导致子系统仍很复杂，不利于进行模型化和系统优化，太多又会对总体系统的综合造成难题。其次，分界面不能过于复杂，可以在要素间结合枝数（联系数）较少和作用较弱的地方选择分界面。此外，通常机械系统工作时，能量、物料和信息三者之间存在着转换关系，从系统输入到系统输出的过程中，按一定的方向和途径流动，不可以中断或产生紊流，即便分解成各个子系统，它们的流动途径仍应畅通和明确，在设计过程中，必须保持能量流、物料流和信息流的合理流动途径。最后，需要了解到，系统分解与功能分解的不同。系统分解时，它把具有比较密切结合关系的要素结合在一起，其结构组成虽稍微简单，但其功能往往还有多项，每个系统仍是一个系统。而功能分解时，是按功能体系进行逐级分解，直至不能再分解的单元功能。

4结束语

综上所述，智能化的设计软件、媒体、超媒体工具、虚拟现实技术已经被广泛地应用于现代机械设计领域并展现出了优势。目前，智能化设计、异地协同设计、计算机辅助设计这些技术还处在起步的阶段，还需要不断的深入研究，扩展领域知识，提高技术水平，从而让机械设计得到更大的提升，以适应快速增长的经济需求。

1机械臂MatLab模型建立

机械臂的模型仿真采用MatLab平台下的RoboticsToolbox工具箱，从而可以很方便地对机械臂运动学的理论进行学习和验证。工具箱内部包含了很多机械臂运动学方面的功能函数，如机械臂的坐标变换及机械臂正逆运动等。通过调用Link和Robot两个功能函数，利用Denavit－Hartenberg参数表来描述机械臂各个连杆间的位移关系，可以在三维空间为机械臂的每一个连杆建立一个坐标系或相对于机械臂底座的相对坐标系，进而确定每一个杆件的位置和方向。在建立多个运动坐标的时候，为了方便，一般建立一张关节和连杆参数的D－H参数表。根据图4所示的结构模型建立的参数如表1所示。利用表1建立的D－H参数表来进行机械臂数学模型的运动仿真，在Matlab中将6个关节初始角度按照表1设置为θ1=90°、θ2=0°、θ3=0°、θ4=－90°、θ5=90°、θ6=0°。通过调节工具箱中每个自由度对应的活动范围可以实现机械臂任一关节的位姿运动。

2机械臂控制系统硬件实现

采摘机械臂要实现其特定的动作离不开控制系统的支持，其控制系统主要由AVR主控板和舵机控制扩展板组成，此外还有一些辅助的硬件模块。例如，使其系统稳定工作的开关电源模块、调整工作姿态的键盘模块、实现人机对话的显示模块和语音播报模块。同时，为了实现在上位机上的监控，设计了基于MAX232的串行通信接口。

3机械臂控制系统软件实现

机械臂控制系统软件主要由主控板控制程序和上位机监控程序两部分组成。采摘机械臂主程序流程如图8所示。整个程序主要是通过键盘模块上按键的控制来切换操作模式，也可以在上位机设计的监控软件中来进行模式的选择判断。主程序主要由单自由度功能模式、多自由度功能模式、轨迹规划功能模式这3种工作模式组成，通过这3种工作模式，可以完整的展示采摘机械臂的整体自由度配合情况。为了在上位机上实现对机械臂的监控，借助于Labview软件设计了机械臂上位机控制系统。Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式［6］。根据需求选择合适的控件并进行合理的布局，就可以构建一个美观的仪器仪表界面。设计的控制界面如图9所示，该界面包含有六个舵机的数据监控转盘、串口通讯设置、速度调节滑块、按键模块。通过RS232通信协议该监控软件可以实时的实现对六个自由度转角和方向的控制，其中舵机转盘上的数值代表脉宽值，其可调整的范围为500～2500μs，代表舵机相应的角度为0°～180°。在上位机上的控制信号发送给AVR主控制板，主控制板对接收到的上位机数据进行分析处理，将需要的运动形式及参数发送给舵机控制板，各个舵机根据接收到的控制数据进行相应的动作响应。

4结语

重点介绍了一种基于AVR单片机的果蔬采摘机械臂的硬件和软件系统，并借助于Denavit－Harten-berg(D－H)理论构建机械臂系统的数学模型，同时采用MatLab平台下的RoboticsToolbox工具箱进行数学模型的运动仿真。测试应用表明:该机械臂性能稳定、可靠性高，能够完成一系列在特定空间范围内果实的采摘工作。同时，还可以用在农业装备、机器人控制、数控设备和装配等领域，具有广阔的市场应用前景。

舞台机械是舞台设备的主干，是影剧院礼演堂的重要组成部分，对舞台幕布、舞台灯光的设计起至关重要的作用！舞台机械设计的好坏直接影响到舞台的整体效果，他就好比一幢大楼的根基一样！而且舞台机械设计和安全也有很大的关系，舞台机械主要由舞台吊杆组成--有幕布吊杆、灯光吊杆和景物吊杆！

舞台吊标分为电动和手动两种,它主要用于悬吊和升降各种幕布、灯具、布景等物，是上下左右频繁移动机械,所以吊杆也是舞台安全的主要系数。电动吊杆的作用可以降低工作人员的劳动强度，起至事半功倍的效果,如果一个舞台的深度有14米,我们可以为他设置电动吊杆38道，其中24道景杆（含一道前沿幕）、14道备用吊杆【包括2道二维侧光灯架】，一道升降电影银幕架、1道灯光渡桥及无极均匀伸缩大幕机1套。

通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验,我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小,安全性达到最高。且强弱电分开控制。

所以在这里设计了舞台机械的具体参数:

A、景物吊杆技术参数如下：

电机功率：2.2KW吊点数：4个

升降速度：0.27m/s杆体长暂定：16米

电机转速：1400转/分速比为：40：1

1机械设计系统管理体系和模型化实施探索

机械系统设计的过程中需要从管理模型出发，按照机械设计管理成熟度模型的具体要求推进各项工作，保证机械制造企业能够符合生产经营管理的具体要求，按照机械模型标准化的要求推进系统设计，提高对系统的综合控制和管理能力，为机械系统优化控制创造良好的条件。机械系统设计的过程中需要从现成模型管理出发，保证模型化管理方案能够符合机械控制的总体要求，推进机械设计管理体系创新，为机械管理体系优化创造良好的平台。企业管理模式优化控制管理的过程中需要对模型控制的整体思路进行优化，确保整体思路能够符合管理效益提升的要求，实现机械系统的自动化控制，让机械系统设计更加符合机械系统管理的要求。机械设计过程中需要不断改变传统思维模式，让思维模式符合机械系统设计体系的具体要求，确保机械系统设计符合模型化控制的全面要求。机械设计模型化的提出对机械系统优化具有积极的作用，并且能够形成机械控制、机械管理、方案优化与一体，实现目标测算模型的全面控制和优化。

1.1机械设计业务模型探索

机械设计的过程中需要对机械控制功能进行全面的分析，只有把握住机械控制功能，才能对机械功能进行全面的分析，提高机械设计业务管理水平，为机械业务模型控制和优化创造良好的平台。在新的机械业务管理链条控制下，需要对信息流进行优化控制，才能提升机械设计的综合管理控制能力，为机械综合控制管理创造良好的内部条件和外部条件。机械设计的过程中业务模型优化需要从价值链角度出发，对模型化管理工具进行全面的分析，实现对管理工具的全面控制，提升对机械管理工具的综合管理能力。

1.2通过IT工具实现机械设计的模型优化

随着信息技术的发展，机械设计所利用的IT工具越来越多，因此要从云计算、互联网、大数据等角度出发，充分发挥机械工具的控制管理要求，保证新兴IT技术能够在机械设计中得到全面的应用。IT工具在业务需求控制管理的过程中需要进行流程化管理，确保权责控制能够符合机械化的具体要求，实现机械的流程化管理和控制，提高对机械控制管理的总体需求，在具体实施的过程中需要从价值创造和管理效率角度出发，实现机械设计的管理模型优化，为管理方案的探索和优化创造良好的条件，通过搜集整理和数据管理分析，保证机械设计能够符合管理决策控制的要求，实现机械系统的全面优化。机械设计中需要通过软件诊断和经验分析等手段，保证模型能够按照机电一体化控制的要求进行系统设计。机械设计咨询与机械设计软件和机械设计软件服务融合在一起的，需要按照一体化管理和控制的具体要求，积极推进机械系统的综合控制管理，从机械模型主脉出发，积极稳妥的推进机械系统优化控制。机械设计软件本身就是一种模型，因此管理模式存在固化现象，需要从全面预算管理的角度出发，解决机械设计中出现的问题，对机械系统进行全面的风险控制，保证机械系统设计符合模型化的具体要求。

2机械设计管理模型控制和优化

机械设计管理过程中需要从全面预算管理的角度出发，控制和优化机械设计的方案，提高机械模型的综合控制管理水平，对范式有效控制具有积极的作用，通过对机械业务的全面控制，才能对管理模型进行优化，提高对机械系统的综合管理水平。

1瓶盖机机械系统的设计

在瓶盖机机械系统设计的过程中，从理盖、送盖、传送机构、冲裁、压入等工序进行入手设计。理盖机构的设计：在瓶盖机机械系统中，会遇到一些形状相对复杂的工件，在实际加工的过程中，要一边进行调整，一边进行修磨，这样将会增加工件的加工周期。在理盖的过程中，瓶盖的正面需要朝上，只有这样，才可以保障纸片顺利的压入其中，如果瓶盖处于其他状态，纸片将无法被压入瓶盖中，甚至还会因为机械之间的碰撞，发生设备的故障等等。所以针对瓶盖机机械系统中的理盖机构，对其进行的设计为定向设计。定向设计采用的方法有两种：积极定向、消极定向。积极定向设计主要是采用请执行措施，将理盖中不符合定向要求的物件转变为规定的基准方向，消极定向设计，就是让符合定向基准的物件在输送道上始终的保持稳定的状态，并将其中不符合定向基准物件剔除。

瓶盖传送结构的设计：在瓶盖传送的过程中，到达冲裁位置时必须保证是整齐排列的，正对着冲刀，为此在纸片冲裁之前安装一个卡轮装置，使用两个步进电机，一个齿轮顺时针旋转、一个齿轮逆时针旋转，这样可以保障瓶盖到达冲裁位置的时候，可以顺利的将冲裁纸片塞入瓶盖中。其中为了保证纸片可以充分的得到利用，瓶盖和纸片的输送不能保持在一条直线上，需要保持一定的角度。瓶盖的传送结构在设计的过程中，需要满足三个要求：第一，克服瓶盖和轨道之间产生的摩擦力；第二，克服卡轮自身的转动惯性；第三，保证保证瓶盖可以在轨道上顺利的前行。

冲裁机构的设计：需要冲裁的纸片需要具备一定的厚度和硬度，在纸片送到冲裁位置时，需要先将其摊平，然后将其输送到瓶盖的正上方。冲裁机构的设计采用的是动力源驱动主动轴，使其旋转进而带动偏心轮，使得冲头支架的导轨上进行上下往复滑动。其中采用的偏心轴，与冲压模具的曲柄机构相连，在完成冲裁的纸片，将直接进行冲压，这种设计可以保证冲裁机构的稳定性、降低瓶盖机机械系统的磨损。压入结构的设计：完成冲裁的纸片需要塞入瓶盖内，但是因为纸片的质量较小，其一般情况下在落入瓶盖时，将停留在厕内螺纹之间，及时有的纸片落入瓶盖的底部，但是没有固定的镶嵌圈，在瓶盖翻过来之后，纸片非常容易掉落。为了保障纸片在进入瓶盖之后不发生掉落，实施压入，在电气的作用下将纸片压入瓶盖内。该压入结构在纸片的冲裁结构之后，与冲裁中的冲刀是同步运行的，也就是说可以保证纸片的冲裁和压入是同时进行的。

2结论

在经济快速发展的过程中，人们对物质的需求量在不断的增加，为了保证产品的质量需要对产品进行包装、加工，针对灌装产品，瓶盖机是重要的设备，是用在瓶盖包装的一个重要设备，为了保证瓶盖包装的质量，需要加强瓶盖机机械系统的设计，提高瓶盖包装质量，提高瓶盖机机械系统模具的质量，将瓶盖机机械系统设计、运行中的外部影响因素消除，为瓶盖机的稳定运行提供保障，降低瓶盖机机械系统的损耗，为机械制造、瓶盖包装提供一个良好的工作环境。

作者：李玉琴单位：安徽水利水电职业技术学院

一、传统的教学模式存在的主要问题

1.教师按章节授课，把每章知识孤立分割教学，学生知其然而不知其所以然，所学的知识在学生脑海里是杂乱无章的，无法提起学生的学习兴趣。

2.教学手段和方法仍存在不足。虽然CAI等教学课件的引入提高了课堂容量和课堂效率，但从培养学生能力尤其是创新能力上看，效果不显著。

3.重视理论，重视知识的培养，重视教师的主导作用，因而对综合分析能力、实际应用能力、创新能力的培养不足，学生主动学习精神较差。

二、机械设计系统教学法研究

系统教学法是以具体机械设备（项目）为背景；以学生、项目和实际经验为中心，而不是传统的教师、教材和课程。把整个课程内容在一台具体机械设备上得到有机的整合，使机械设计各章节内容与课程体系衔接地更加紧凑、顺畅。学生开始接触课程就了解了科 学、严谨的设计思想。教师在授课过程中根据相关章节的零部件在机械设备中的作用，通过结合具体实物讲述，使学生对相关内容零部件的作用产生较高认识，对每一个零部件的理解与选择，必然会达到“学有所用”的要求。系统教学法课堂理论教学以改变过去传统单独各章节的分散学习，知识体系杂乱无章，使学生出现“知其然不知其所以然”的现象。通过对这些基本内容的学习去掌握有关的设计规律和技术措施，从而使学生具有设计其他通用零部件和某些专有零部件的能力。系统教学法特点：①系统性。整个课程内容作为一个系统，每个章节内容作为要素。②典型性。具体机械设备包含大多数机械设计课程的知识。③目的性。学习通用机械零件的设计与选型。④科学性。根据学生理解具体情况，灵活掌握、实施教学。⑤直观性。设备结构和各个零部件的作用一目了然。⑥应用性。应用书本理论直接解决设备失效的问题。⑦关联性。充分体现各个零部件相互关联关系。

三、机械设计系统教学法实践

“系统教学法”的核心是一台具体机械设备，具体如何实施教学，可以根据具体情况灵活掌握。设备应具有形象化、具体化的特点，与传统教学中的举例有本质的区别，是把整个课程知识作为一个系统，而系统又是以一台具体设备而体现的，各章节的知识通过设备零部件的设计和选型来学习。设备零部件具有形象化、具体化的特点，以提升绞车作为一台具体设备实例教学。课程教学前，学生首先通过视频了解这台设备的用途，然后到实验室参观，让学生确实感受到设备的外形。教师上课根据视频首先介绍其工作原理以及各个部件的功能和作用，让学生清楚认识到学习这门课程的目的就是要学会这台机器的设计。在教学中要始终贯穿“使用场合—失效形式—受力分析—强度计算—结构设计”这一主线，本课程的学习分成三个单元进行，机械零件的疲劳强度设计和主要零部件，诸如齿轮传动的强度计算、轴的设计、滚动轴承的选择及组合设计、螺纹连接的强度计算及螺栓组连接的受力分析等内容列为重点内容作为减速器的重要组成部分，作为第一单元知识，在课堂上重点讲授；而把比较易于理解的某些章节，如机械零件常用材料和选择原则、过盈连接、摩擦轮传动等列为一般性内容，安排学生自学。第一单元———减速器。①减速器原理。强调是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，是一种相对精密的机械，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。设计减速器时，应根据工作机的选用条件、技术参数、动力机的性能、经济性等因素。②齿轮。通过视频和图片，让学生理解齿轮的失效形式，然后讲解制造齿轮需要材料和热处理、齿轮的受力和强度计算、齿轮的加工精度和效率、齿轮的和齿轮的设计、材料、加工热处理。③轴。根据减速器中轴具体结构进行教学，还要结合齿轮的结构和受力分析讲授轴的结构，对轴的设计、材料、加工工艺、热处理和精度公差要结合实际详细讲解，并对轴的失效形式和国内外最新维修方法进行介绍。④键连接。结合减速器的齿轮和轴进行教学，解释键的作用，重点学习平键和花键的选型计算和实效形式，其他类型的键作为扩展知识进行介绍。⑤轴承。结合减速器的轴系，解释轴承的作用，介绍轴承的种类，重点学习轴承的选型计算；结合减速器的工作特点学习轴承的和实效失效形式。⑥螺栓连接。以减速器箱体的各种螺栓为例，学习螺栓连接的种类、应用特点和使用场合、预紧力的作用、防松的措施、引伸学习螺栓的强度计算和提高强度的措施。第二单元———提升绞车其他部件。①联轴器。首先根据提升绞车介绍各个联轴器的作用，重点学习联轴器的选型设计，联轴器的种类以自学和课堂讨论为主。②刹车器。教师简单介绍提升绞车中刹车器的作用和类型。第三单元———机械其他知识。①带、链和蜗轮蜗杆传动。学习这部分知识时，要把这三章内容进行整合，改变过去按章节分别教学的方式。首先采用对比法进行教学，就是以齿轮传动为参照物，重点介绍三种传动的特点、应用场合，然后再分开单独学习。②摩擦、磨损及。学习时以减速器为例，讲解摩擦和磨损的危害以及的作用。重点学习剂的选用和方式。③机械零件强度。结合齿轮、轴和轴承的失效形式，学习材料的疲劳特性；结合齿轮、轴和轴承的工作中的受力形式，学习交变应力特性。要通过具体减速器齿轮、轴和轴承的失效案例，使学生掌握零件疲劳破坏的危害。

舞台机械是舞台设备的主干，是影剧院礼演堂的重要组成部分，对舞台幕布、舞台灯光的设计起至关重要的作用！舞台机械设计的好坏直接影响到舞台的整体效果，他就好比一幢大楼的根基一样！而且舞台机械设计和安全也有很大的关系，舞台机械主要由舞台吊杆组成--有幕布吊杆、灯光吊杆和景物吊杆！

舞台吊标分为电动和手动两种,它主要用于悬吊和升降各种幕布、灯具、布景等物，是上下左右频繁移动机械,所以吊杆也是舞台安全的主要系数。电动吊杆的作用可以降低工作人员的劳动强度，起至事半功倍的效果,如果一个舞台的深度有14米,我们可以为他设置电动吊杆38道，其中24道景杆（含一道前沿幕）、14道备用吊杆【包括2道二维侧光灯架】，一道升降电影银幕架、1道灯光渡桥及无极均匀伸缩大幕机1套。

通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验,我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小,安全性达到最高。且强弱电分开控制。

所以在这里设计了舞台机械的具体参数:

A、景物吊杆技术参数如下：

电机功率：2.2KW吊点数：4个

升降速度：0.27m/s杆体长暂定：16米

电机转速：1400转/分速比为：40：1

1影响机械传动能耗的因素

机械设备是工业自动化生产设施，用其取代人工参与生产活动具有实用性特点，帮助企业解决高难度生产操作任务。随着工业生产与制造规模扩大化，机械设备工作期间产生的能耗系数越来越大，这与机械传动系统效能存在直接关系。对机械传动产生影响的主要因素有：（1）结构因素。当前，机械设备已广泛应用于不同领域，在工业制造与生产中发挥重要作用，自动化控制系统是主要模式。不同机械设备对内部结构要求不一样，机械传动能耗系数过大，很大一部分原因是由于内部结构不合理，机械零部件配合系数低，导致整台设备运行速率地下。机械传动有带传动、链传动、齿轮传动等不同方式，若传动结合组合不科学则会影响工作效率。（2）操作因素。实际应用阶段，操作人员掌控设备方法不标准，容易造成机械零部件损耗过大，传动系统运行带来的能耗量过大。例如，数控机床操作人员对主轴控制不稳定，传动部件启动后出现磨损，整台机床工作效能将受到很大的影响。对于手动机械来说，人工操作水平直接决定机械传动作业效率，一旦出现失误则会增大能耗系数。（3）保养因素。除了日常使用外，后期保养对机械系统功能也有很大的影响，也是降低系统能耗系数的一大原因。机械化工程普及背景下，机械设备取代人工操作是必然趋势，长期依赖机械设备也导致荷载量大增、故障率提高、维修次数增多。而后期保养措施不当将增加传动系统的能耗指标，对人员及设备安全构成威胁。

2机械传动系统节能设计方法

机械传动系统是机械系统的核心构成，传动机构的工作效率对整个机械设备运行有直接性影响。为了顺序现代机械工程改造要求，必须要提出切实可行的节能设计改造方案，维持机械工程运行速率的稳定性。结合常见的机械传动方式，其节能设计改造方法：（1）齿轮传动。齿轮传动是依靠主动齿轮依次拨动从动齿轮来传递动力的，齿轮传动节能设计的要点是保证齿轮瞬时角速度比始终保持稳定。定轴齿轮系在工作时所有齿轮的回转轴线固定不变。设计人员可根据齿轮传动类型详细设计，以最优齿轮组合方式执行传动工作。例如，从零部件耗损率控制角度考虑，设计改造时可按照两齿轮传动时的相对运动为平面运动、空间运动，再将其分为平面齿轮传动、空间齿轮传动，选择最高效的方式作为机械设备动力来源，减少了齿轮啮合磨损。（2）蜗轮蜗杆传动。涡轮蜗杆传动效率偏低，且零部件磨损较大，长时间运行会出现不同程度的故障问题，阻碍了机械设备的稳步运行。在节能改造设计中，可用专用工具安装或拆卸，禁止用锤子敲击减速机部件；根据公差配合要求装配蜗轮输出轴；严格采用原厂配备的齿轮和蜗轮蜗杆进行成对更换；在空心轴上涂红丹油或防粘剂，防止配合面积垢和过度磨损产生的生锈。（3）带传动。机械设备选用带传动系统具有安装便捷、易操控等特点，但是带传动长时间处于高速、高温旋转状态下，易容易出现断裂、耗损等问题。节能设计中，需对主动轮、从动轮、环形带等进行优化设计，进而提高传动机构的稳定性。（4）链传动。链传动由主动链轮、从动链轮和环形链条组成，环形链条作为中间挠性件装在平行轴上，动力和运动的传递依靠链轮轮齿与链条的啮合动作完成。一般来说，链传动节能设计与改造需注意链条、链轮的高效搭配。例如，链传动工作时，为了便于链条联成环形时内、外链板正好相接，链接数一般取偶数；为了便于链接的啮合，链轮轴面齿形两侧应设计成圆弧状；链传动接头处需要用开口销或弹簧夹夹紧。链传动节能设计要考虑传动机构形式，合理控制小链齿轮数量，小链齿轮数尽量多一些。

3机械传动系统防护设计

机械工程快速发展趋势下，人们对机械系统结构组合形式展开深入研究，如何在满足机械系统工作性能前提下，通过优化系统结构以实现节能化控制，这是现代机械科技改造的先进趋势。机械传动系统防护也是节能改造设计的一部分内容，可综合防范机械故障发生带来的异常损耗。（1）齿轮传动。传动系统是机械设备的核心部分，能够为整台装备提供足够的动力来源，维持内部元器件持续运转。为了保证传动系统工作的连续性和稳定性，避免传动系统零部件产生异常工况造成的危险事故，齿轮传动机构必须安装全封闭的防护装置。（2）皮带传动。动力是维持一切机器设备运行的基本条件，传动系统是机械设备创造动力的根源。皮带传动装置可以采用全封闭型防护装置或带有金属骨架的防护网，也可以采用防护栏杆，从而保证皮带传动的耐用性和连续性。（3）联轴器。除了对机械设备直接性的改造设计，还要注重设备使用后期的综合养护，才可不断延长设备的使用寿命。联轴器需要加装防护罩，确保其在工作时不被破坏，从而延长使用寿命，比如Ω型防护罩；安全联轴器可以保证其在工作时没有突出的部分，确保联轴器的工作安全。

4结束语

机械传动系统工作效能对设备性能发挥具有直接影响，提高传动系统运行效率是节能设计改造的根本目标。结合影响传动系统能耗的相关因素，设计人员要综合考虑设备运行条件，从齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动等不同方式，选择符合机械设备特点的节能改造方案。不同传动系统的节能方式不一样，要根据具体情况采取节能改造措施，综合提升机械设备的动力供应效能，体现出传动系统的节能化运行水平。